デジタルツイン

デジタルツインとは?

仕组み,事事,导入法を分享やすく解说

デジタルツインは,実际に稼働している物理设备ををとして表现したものもの。物理设备の情としてを。物理设备の情情をなどなど活活活をするすることで收集收集收集收集收集,仮想空间に收集,仮想空间再现します。このこのに,デジタルツインででまさに物理设备制备の双子(ツイン)を,仮想空间上にモデル再现しますます。モデルは现出者のます。モデルは现のの状态状态ををておりおりおりおり状态しておりおりおり状态をしてており。

デジタルツインは,コンポーネント(ポンプなど),コンポーネントシステム(エンジンなど),またはシステムのシステム(発电所,制造ライン,车両群など)をモデル化したものです。デジタルツインのモデルには,物理ベースのものもあれば统计的アプローチのものもあります。これらのモデルには运用设备の现在の环境,稼働年数,および设定等を反映させることが可能で,通常は设备から直接,デジタルツインを调整するアルゴリズムへデータをストリーミングします。

デジタルツインは,异常検出,设备管理など,さまざまなアプリケーションで使用されており,ポンプ,エンジン,発电所,制造ライン,车両のフリートなどの活用事例があります。

デジタルツインが重要重要な理念

デジタルツインを构筑·利用することで,稼働システムのインテリジェンス(胜手の良さ)が向上します。设备の実稼働状况を最新に保つことで,设备やより広范なシステムの制御や最适化が可能になります。现在の状态だけでなく,设备の运用履歴を反映させることも可能です。デジタルツインによって,最适化,效率化,自动化,将来の性能评価といったことが可能になります。これらの他に,バーチャルコミッショニング(仮想试运転)や,次世代の设计への活用いったことにも利用することができます。

デジタルデジタルモデルは,いくつかの分享で一道的に使使使れいますいいます。

  1. 运用の最适化- 天候,车両サイズ,エネルギーコスト,パフォーマンス要因などののをすることで,何百で,何百分,何何何何し,空间のシステムの値の即応性调整の必要をを评価でき。これこれ,稼働中であって,システムの最适化制御を行うが可と,リスク軽减,コスト削减,または様々なシステム效率の达达达效率ます。

モンテカルロシミュレーションによるシナリオの検讨

  1. 予知保全- インダストリーや4.0予知保全のアプリケーション,产业用オートメーションおよび机械用アプリケーションでは,デジタルツインモデルを使用して设备が故障するまでの残存耐用时间(RUL)を见极めることや,机器の保守,修理または交换に最适な时期を把握することができます。

Baker Hughes,Matlabによる予知保全警作者

  1. 异常検出- 现実の设备が稼働しているいるいるはは并して稼働稼働てておりおりののが予想(シミュレート)とは异なる动作をしたに,直ちにフラグ立てます。たとえば,継続に稼働とき,石油会いるとますストリーミングとき,デジタルツインいる稼働を动手をし,壊灭な监视しをます促しますますときときます。

万博1manbetxSimulink Real-timeをを用品しし石油装装饰置へ产业用电IOTプロトプロトタイプ装备

  1. 障害の特价- 异常が起きると,エンジニアまたはシステムが适切な措置を讲じることができるように,一连のシミュレーションを実行させ,障害を切り分け根本原因を特定することができます。

燃料制御システムにおける故障の切り分け

  1. スポーツ选手の分享- 少し変わったところでは,デジタルデジタルを物理设备だけでなく,人の动词において使します选手の动词をデータ取得し,仮想空间でののをデジタルでシュミレーションことででをデジタルですることでで,例えば监督监督の戦略策定策定に活かすことができことができ

デジタルツインの3つのメリット

  1. 物理设备データの履歴を蓄积できる
  2. デジタルツインは,仮想空间上部に実际物理设备の履歴を捉えてことがでですです现点点のですの状况表现表现ために,デジタルツインモデルするに,デジタルツインモデル定に设设されます设设れれますます设れれます设设状况やデータは,时间が経つにつれて実际に稼働し物理のの稼働稼働履歴をいていくことににいいい

    デジタルツインの利用用途と対象となる物理设备に応じて,物理设备の稼働履歴として蓄积していくデータは异なります。例えば,デジタルツインをポンプの异常·故障分类に利用する场合,ポンプの正常·异常それぞれの稼働データが记录されます0.1台のポンプの稼働データと他のポンプのデジタルツインとの履歴を比较することで,それらが同様の障害の下でどのように作动したかを把握でき,设备效率に対する影响度合いを理解することに系がります。

  3. メンテナンス戦略の改善に活用ができる
  4. 使用计画计画メンテナンス戦略の化化いうも全ををますますをますますますもたらしますますもたらしもたらしもたらしもたらしもたらしもたらしもたらしもたらしもたらしもたらしメリットもたらしもたらしもたらしもたらしもたらしもたらしもたらしもたらしもたらしもたらしもたらし

    ポンプの1つがもうすぐ故障しそうな场合において,デジタルツインを使用することで,これが设备全体の效率与える影响度合いと,そのコストを分析することが可能です。この分析を行うことにより,たとえば次のプランを実行することができます:

    ·プラン - 答:交换部品を発注し,装货の到着までポンプのを准最适に调整する

交换部品を発注し,部品のの到着までまでポンプ稼働を准最适に

    ·プランB:新しい部品を発注し,追加料金を支払い速达で部品を届け早期のメンテナンスを行う

新闻品牌を発注し,加加料金を支払い速达でで速を届け早早届けを

  1. 未来のシナリオをシミュレートし,最适なタイミングでメンテナンスできる
  2. デジタルツインは,物理设备の履歴を把握するだけでなく,将来计画の策定においても有效です。

    デジタルツインを使用するするで,未来のシナリオを数百分子シミュレーションするが可と,たとえば设备の规模,天空,気温,気温稼働などシュミレーション影响度度度度度度度度度度度度度シュミレーションにより,想定想定れる故障や异常,その発生时期を先んじてスタッフににするで,物理设备のコストをかけるで,物理设备。

デジタルツインによる未来のシュミレーション,予知保全への适用

デジタルツインの事例:采掘用の油井ポンプ

ここでは,采掘用の井戸サイトを复数所有し,各サイトにはそれぞれ复数のポンプが存在し,ポンプを用いて地中から石油やガスを采取している企业での,デジタルツインを予知保全に适用した事例をご绍介します。ここでのデジタルツインは,ポンプの稼働データに基づいて更新されるモデルを构筑することで,ポンプの最新の状况を可视化します。このモデルは常にポンプの最新の状态を捉えています。この企业では,上记のようなデジタルツインを适用することで3つのメリットを得ることができました。

物理设备におけるダウンタイムの低减

ポンプポンプに,バルブ,シール,プランジャー等といったといった高度な部部使が使ていますしにをに予测予测に防ぐことでででにことで际にししダウンタイム际ににががます。

在库管理の效率化

ポンプに発生した不具合の特定,修理や交换が必要な部品を瞬时に特定することで,部品の在库管理を效率化できます。

What-Ifシミュレーションシミュレーション机器辅助纤维均匀化

図にある3カ所のサイトでは,同じメーカーで制造され,似た机能を持ったポンプがあります。しかし,天気,気温等の稼働条件の変动に応じて,それぞれのポンプの效率性は异なります。デジタルツインを活用することで、設備全体を監視し、稼働状況をシュミレーションで予測し、各設備の効率性を比較できます。これにより、各機械の運用を全体最適の視点で効率化できます。

采掘用の井戸3サイトがが数のを有象例

デジタルツインの仕组み·作成方法

IOT.のアプリケーションによって,デジタルツイン构筑に必要なモデルが决まります。デジタルツインモデルには,的IoT设备のコンポーネント,动作,および动的特性が必要です。

〖n〗,ささ物理(例:机械的モデリング)(例:ディープラーニング)ですま。た,デジタルツインは様々なモデル化された动作とモデリング手法の组み合わせであるため,用途が特定されるにつれて时间とともに精巧になっていきます。

デジタルデジタルツインのモデルモデルモデル手手 - --一原原原とデータデータ

モデルは最新の状态に保たれ,稼働中の设备に合わせて调整される必要があり,通常は设备から直接,デジタルツインを调整するアルゴリズムへデータをストリーミングします。その际に,设备の环境,年数,构成などの状况を考虑することができます。

デジタルツインが构筑され且つ最新​​の状态であれば,将来の动作予测,设备の制御改良,稼働の最适化などにさまざまに応用することができます。例えば,设备に搭载されていないセンサーをシミュレートする,将来のシナリオをシミュレートして现在と将来のオペレーションに伝达する,または现在の実入力を送信して现在の稼働状态を抽出するといったデジタルツインの使用方法があります。

モデリングモデリング法①:物理モデリング

未来のシナリオをシミュレーションして,そのシナリオの下で物理设备がどう稼働するのかを监视したい场合,物理モデリングを使用することができます。

例のような物理モデルあり,机械装药と油圧部接続してかられますたにはから入调整れたに基于が调整れれたたにモデルが调整れ,最新の状态保た保た。

このこのを使使,様々な故障タイプをし,复数ある故障ののでのの动手

物理モデリング

②の手法②:データドリブンな法

データドリブンモデルを使用することで,残存耐用时间(RUL)を推定し,メンテナンススケジュールを最适化できます。残存耐用时间(RUL)とは,故障までの时间,つまりメンテナンスや交换が必要になるまでの设备の余寿命です。物理设备について,故障に至るまでの完全なデータがある场合,类似性モデルを使用することができます。故障时のデータしかない场合は,生存モデルを使用できます。故障データが入手できないが,安全性から超えてはいけないしきい値を把握している场合は,劣化モデルを使用してRULを推定することができます。

使用时间(rul)推定モデル

モデリングの手法③:物理モデリングとデータドリブンな手法を统合したカルマンフィルター

物理モデルモデルから导出した状态空モデルとと入のた系列データを统ししカルマンカルマンフィルタフィルタ呼ばれるれるででもももツインモデルです能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能ポンプの现处于の状态が表さます。

MATLABとSi万博1manbetxmulink的によるデジタルツイン

MATLABでは,ネットワークに接続された设备からのデータを使用してモデルを定义することができます.S万博1manbetximulinkを用いれば,マルチドメインモデリングツールによる物理モデルを作成することもできます。データドリブンなモデルおよび物理ベース(理论ベース)のモデルのどちらであっても,稼働设备のデータを用いた调整は可能であり,デジタルツインとして机能させることができます。そのため,予测,假设シミュレーション,异常検知,故障故障の分けなど使使使でき。

MATLABで利用可能データドリブンな手法に,机械学习,ディープラーニング,ニューラルネットワークシステム同定などがあります。通常,モデルの学习や抽出には一连のデータセットを使用し,モデルの検证やテストには异なる検证用データを使用します.MATLABで提供される各种アプリを用いて,自分のアプリケーションにとって最も精度の高いモデリング手法を探索することができます。

対话的に分类モデルモデル学习,検证,および调整する分类学习学院器械器

万博1manbetxSimulinkによる物理ベースのでは,第一代からシステムを设计ますます。モデルモデルは,机构,油圧,油圧电阻的なを含めることができ.simulinkによるモデルベースデザイン(モデルベース开発,MBD)を利用している场合は,モデルは设计の上流工程からおりてくることもあります。

电力系统のS万博1manbetximulink的デジタルツインモデル。グリッドから受け取った测定データを元にパラメーター推定を行い,何千ものシナリオを実行し,エネルギー备蓄の充足度や,グリッドコントローラーの调整要否を判断

最适化工法によりデジタルツインモデル调整し,データデータの信ストリームにmqttなどなどのの标准をことができをををことができことができことができことができことができことができことができことができことができことができことができことができことができ

必要であれば,デジタルツインはどこにでも実装でき,例えばエッジコンピューティングノード,OTインフラ,またはITシステムなどが考えられます.Azure物联网中心やAWS物联网などの市贩システムに统合することも可能で,必要に応じてAPIや一般的な统合方法である共有ライブラリ而宁静的呼び出しも可能です。

物联网の形态 - 必要な场所にデジタルツインを実装